Structural basis of glycogen biosynthesis regulation in bacteria

Abstract

ADP-glucosa pirofosforilasa (AGPasa) es la enzyma responsable de la formación de ADP-glucosa, reacción limitante en la biosíntesis de glucógeno en bacterias y almidón en plantas, y su actividad se encuentra regulada alostericamente a través de metabolitos que reflejan el estado energético celular. En este trabajo, hemos resuelto la estructura cristalina de AGPasa de E. coli en complejo con sus reguladores alostéricos, AMP (negativo) y fructosa-1,6-bifosfato (positivo), siendo así capaces de identificar por primera vez en una AGPasa los sitios de unión de ambos reguladores. Concretamente, éstos se unen en la misma hendidura alostérica estando ambos sitios parcialmente superpuestos. Basándonos en esta nueva información estructural, proponemos un modelo de regulación alostérica para EcAGPase en el cual estarían involucrados un motivo sensor y dos loops reguladores. Con el objetivo de validar este modelo, diseñamos mutantes puntuales de residuos involucrados en la interacción con los reguladores, para posteriormente medir la estabilización térmica, actividad específica y contenido de glucógeno ¿in vivo¿ de cada una de las variantes. De este modo, pudimos identificar la mutante R130A como una variante desregulada para la inhibición por AMP, hecho que se traduce en un incremento de glucógeno in vivo. Finalmente, a través de SAXS y cryo-EM determinamos que la regulación alósterica de EcAGPasa requiere de importantes cambios de estructura cuaternaria no observables a través de la cristalografía.